В Академии наук отчитались по озеру Восток
С сообщениями "Глубокое бурение в Центральной Антарктиде и проникновение в подледниковое озеро Восток" перед Президиумом РАН выступили академик Владимир Михайлович Котляков, кандидат географических наук Владимир Яковлевич Липенков (Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Росгидромета), доктор технических наук Николай Иванович Васильев (Санкт-Петербургский государственный горный университет).
В феврале этого года произошло знаменательное событие: российские учёные первыми в мире проникли в знаменитое подлёдное озеро Восток. К настоящему времени удалось дешифрировать палеоклиматическую информацию до глубины 3360м, т.е. "уйти" в прошлое на 440 тыс. лет.
История изучения толщи антарктического льда началась в середине прошлого века. В начале 1960-х годов в Институте географии АН СССР было научно обосновано заключение о том, что существует критическая толщина антарктического ледника, при превышении которой на ледниковом ложе начинается таяние льда. В результате расчётов выяснилось, что уже в 350 км от берега реальная толщина льда начинает превышать её критическое значение, так что почти во всей Центральной Антарктиде, несмотря на очень низкие средние годовые температуры, у ложа идёт непрерывное таяние, и под мощным ледниковым покровом должен быть слой жидкой воды.
Глубокое бурение льда на станции Восток было начато в 1970 г., техника и технология бурения льда разрабатывались в Ленинградском горном институте, а на начальном этапе изотопный анализ керна выполнялся в Москве в изотопной лаборатории Института географии АН СССР. Ледяной керн, получаемый из глубокой скважины, служит источником очень богатой информации: изотопы воды позволяют получить сведения о температуре окружающей среды в прошлом, газовые пузырьки свидетельствуют о составе древней атмосферы и пр. Само озеро было сначала предсказано Андреем Петровичем Капицей в 50-е годы прошлого века, а подтверждение предсказаний произошло в 1996 году. Озеро Восток лишь немногим уступает по площади водной поверхности крупнейшего в Европе Ладожского озера и составляет почти треть Байкала. По объёму воды озеро Восток занимает пятое место среди пресноводных водоёмов планеты.
Важным достижением проекта бурения на станции Восток стала реконструкция климата и газового состава атмосферы во время древнего межледникового периода, который переживала наша планета 410 тыс. лет назад и который хорошо известен под названием "морская изотопная стадия 11". Это единственный - из четырёх полностью зарегистрированных в керне станции Восток - межледниковый период, который был таким же тёплым и таким же продолжительным, как наш голоцен. Есть все основания рассматривать эту стадию как уникальную эпоху в истории Земли, изучение которой может дать ключ к пониманию современного климата.
В это время характеристики климата и газового состава атмосферы Земли испытывали значительные колебания. Значительная доля естественных климатических колебаний связана с циклическими изменениями прецессии равноденствий, наклона оси Земли и эксцентриситета её орбиты. Наиболее существенный вклад в глобальные изменения природной среды вносили колебания с периодом около 100 тыс. лет (соответствуют циклу изменения эксцентриситета земной орбиты), которые определяли время наступления ледниковых и межледниковых эпох на нашей планете. Исследования выявили тесную связь между глобальными изменениями климата и концентрацией двуокиси углерода (СО2) и метана (СН4) в атмосфере Земли. Благодаря изучению ледяных кернов Востока эта связь была впервые прослежена на протяжении четырёх больших (100-тысячелетних) климатических циклов и стала неопровержимым экспериментальным доказательством роли парниковых газов как усилителей первоначально слабых климатических изменений, вызванных циклическими колебаниями орбитальных параметров планеты и связанными с ними изменениями количества солнечной энергии.
Данные со станции Восток говорят о том, что "морская изотопная стадия 11" была подобна текущему межледниковью, и мы имеем, еще по крайней мере, несколько тысяч лет умеренно тёплого климата, а затем неизбежно начнется новое глобальное похолодание и наступит очередной ледниковый период.
К 2007 г. сформировалось представление о существовании под ледниковом покровом Антарктиды обширной подлёдной гидрологической системы, состоящей из крупных озёр тектонического происхождения (как озеро Восток) и соединяющих их "рек" и каналов, через которые постоянно или периодически происходит дренаж подледниковой воды. В настоящее время признано, что эта гидрологическая сеть оказывает существенное влияние на форму и размеры ледникового покрова Антарктиды.
До проникновения в озеро Восток единственным источником экспериментальных данных о его гидрологическом режиме служат образцы льда, образовавшегося при замерзании озерной воды. В озёрном льду содержание газовых, химических и биологических компонентов в 100-1000 раз меньше, чем в воде озера, где происходит аккумуляция газов и химических примесей, поступающих из атмосферы через ледник и из осадков на дне озера. Такая среда уникальна в биологическом плане. Она может оказать серьёзное сдерживающее влияние на развитие жизни в озере и требует специальной адаптации обитающих здесь микроорганизмов.
Поверхность озера была достигнута 5 февраля 2012 г на глубине 3769,3 м, которая, с учетом наклона скважины, соответствует вертикальному расстоянию от дневной поверхности ледника примерно 3759 м. Озёрная вода вошла в скважину под давлением не менее 4 атм, что полностью исключило возможность попадания заливочной жидкости в подледниковый водоём. Озёрная вода поднялась в скважине на 600 м от поверхности озера и, естественно, замёрзла. Однако достигший озера буровой снаряд, покрытый толстым слоем льда, удалось поднять на поверхность. В заранее подготовленные стерильные контейнеры был произведён отбор образцов замёрзшей озёрной воды для биологических, химических и изотопных анализов.
Результаты подсчёта микробных клеток подтверждаются данными анализа ДНК, которые показывают, что озёрный лёд в целом - исключительно чистый материал, не содержащий ни бактериальную, ни архебактеральную ДНК. Тип микроорганизмов, которые потенциально могут существовать в воде озера - это оксигенофильные (любят кислород) хемоавтотрофные (перерабатывают неорганический углерод) пьезофильные (живут под высоким давлением) психрофилы (низкотемпературные организмы). Бактерии такого рода в озёрном льду не обнаружены и науке пока не известны. Предельно низкие концентрации микробных клеток в современном снеге на поверхности Антарктиды свидетельствуют о том, что перекрывающий озеро Антарктический ледниковый щит следует рассматривать как барьер, который на протяжении миллионов лет препятствовал контакту возможной озёрной биоты с поверхностью.
Разработкой и внедрением технологий кернового бурения льда занимается Санкт-Петербургский горный университет. Благодаря усовершенствованиям в конструкции снаряда и технологии бурения удалось сохранить высокую эффективность буровых работ даже на рекордных глубинах. На последнем этапе бурения выход керна за сутки работы составлял 2-2,4 м, что значительно превышает аналогичные показатели зарубежных буровых снарядов при бурении придонных слоёв антарктического ледника (но на меньших глубинах).
Сейчас сформулирован список фундаментальных проблем, которые необходимо и можно решить в ходе проведения прямых исследований водной толщи озера:
1) определить степень изолированности озера Восток от других элементов подледниковой гидрологической сети Антарктиды;
2) рассмотреть проблему стабильности озера Восток и оценить вероятность катастрофических сбросов воды из озера;
3) выяснить происхождение и оценить возраст озера как водного тела (в случае его изолированности);
4) определить концентрацию, видовой состав и механизмы адаптации микроорганизмов, населяющих водную толщу озера (или получить подтверждения её стерильности).
Верхний 50-метровый слой озера наиболее интересен с точки зрения уточнения термодинамических свойств озёрной воды, определения концентрации растворённых газов и получения данных, необходимых для идентификации гидродинамической модели циркуляции озера. Поэтому при проведении первых прямых измерений характеристик водной толщи озера Восток измерительное устройство будет опускаться в озеро на грузонесущем кабеле до глубины 50 м, что позволит производить измерения в режиме on-line. Для отбора проб воды с целью их последующего анализа пробоотборник будет погружаться до 500-700 м и, вероятно, достигнет придонных слоёв озера.
Совсем скоро группа исследователей отправляется в Антарктиду, чтобы разбурить старую скважину и начать подготовку к исследованиям самогó подледникового озера Восток.